Trends & Zukunft Bionik: Die Natur als Lehrmeister

Bionik: Die Natur als Lehrmeister

Schwimmen wie ein Fisch, gleiten wie ein Vogel: Bionik-Forscher ergründen die Geheimnisse jener Natur und ahmen ihre Wirkungsweise nachher.

Die Wissenschaft jener Bionik fasst Biologie und Technik zu einem Wort zusammen und benennt damit ihren eigenen Gegenstand: Natur inspiriert Technik. Wie kann die Forschung dies Potenzial jener Natur nutzen, um technische Probleme effizienter zu losmachen – dies ist die Fragestellung jener Bionik.

Sie ist zum zusammensetzen biologische Grundlagenforschung, zum anderen Ingenieurwissenschaft: Forscher zergliedern biologische Vorbilder, daher Pflanzen und Tiere, um sie zu verstehen. Dann versuchen sie, ebendiese Kenntnisse in technische Lösungen zu deuten.

Leonardo als Vorreiter

Leonoardo

Leonoardo da Vinci, Bionik, WissenschaftSchon Leonardo da Vinci nahm sich Natur zum Vorbild

Der Fortschritt jener Computertechnik hat die Bionik in den letzten Jahrzehnten beflügelt: Damit kann man etwa komplizierte Bewegungsmuster von Spinnen Fakturen ausstellen. Doch im Ansatz macht die Wissenschaft nichts anderes als ihr Vorreiter Leonardo da Vinci, jener schon vor 500 Jahren vom Fliegen träumte.

Um seinem Traum näher zu kommen, studierte da Vinci eifrig die Bewegungen von Vögeln und Fledermäusen. In seinem „Kodex reichlich den Vogelflug“ von 1505 finden sich viele Vogelskizzen. Nach diesem Vorbild entwarf dies italienische Mulit-Talent Flügel zum Besten von Flugapparate. Allein an jener praktischen Umsetzung scheiterte sein Projekt.

Patente jener Natur

Die Haut von Haien hat die Bionik gelehrt, dass Mikrostrukturen Reibung reduzieren – eine Erkenntnis, die nicht nur in jener Luftfahrt energiesparend umgesetzt wurde. Im Schwimmsport führte die Erkenntnis zu einer Flut von Rekorden durch neuartige Schwimmanzüge.

Heuschrecken und andere Insekten ertasten ihre Umgebung mit langen, beweglichen Fühlern, die sie kreisend in Bewegung setzen. So finden sie sich in unbekanntem Gelände zurecht. Forscher des Fraunhofer-Instituts nach sich ziehen nachher diesem Vorbild zusammensetzen technischen Tastsensor entwickelt, jener mobile Roboter im Zusammenhang ihrer Orientierung unterstützen soll.

Schon ebendiese Entwicklungen zeigen, dass dies Themenspektrum jener Bionik viele Fächer umfasst – dies liegt in jener Natur jener Sache. Biologen, Mediziner, Chemiker, Physiker und Ingenieure funktionieren in jener Bionik zusammen. Ebenso vielfältig sind die Anwendungsbereiche.

Bilderstrecke: Bionik – Die faszinierendsten Beispiele

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Klettverschluss

Klettverschluss – jener Klassiker: Auch wer die Pflanze „Große Klette“ nicht kennt, weiß zumindest eines: Eine Klette wird man so schnell nicht wieder los. Das fiel zweitrangig dem Schweizer Georges de Mestral hinaus, als beim Wandern im Fell seines Hundes Kletten hängen blieben. Unter dem Mikroskop zeigte sich: Die Stacheln jener Klettenfrucht hatten an ihrer Spitze winzige Widerhaken, die sich im Fell festhakten und zweitrangig beim Entfernen nicht abrissen. Nach einigen Jahren Arbeit gelang es dem Ingenieur, die Stacheln zu imitieren. 1951 meldete Mestral den Klettverschluss, wie er heute im Zusammenhang Schuhen, Rucksäcken, Windeln etc. in der Regel ist, als Patent an: Der Schnellverschluss besteht aus zwei Nylonstreifen. Einer trägt flexible Widerhaken, jener andere viele kleine Schlaufen. Drückt man sie aufeinander, hängen sie zusammen. Eben wie Kletten.

Bremsen

Bremsen wie eine Katze: Bewegt sich eine Katze schnell, sind ihre Pfoten schmal. Stoppt sie jedoch in schnellem Lauf, spreizt sie die Ballen ihrer Pfoten und vergrößert damit ihre „Bremsfläche“. So wird mehr Kraft hinaus den Boden veräußern als beim Laufen und dies erhoben die Bremswirkung. Diesen Effekt nach sich ziehen Reifenhersteller kopiert, um die Sicherheit im Verkehr zu verbessern. Sie nach sich ziehen Autoreifen mit spezieller Oberflächenstruktur entwickelt, die während jener Fahrt schmal bleiben und beim Bremsen breiter werden. Die größere Bremsfläche erhoben die Haftung und verringert den Bremsweg. Das Auto bleibt schneller stillstehen.

Kleben

Kleben wie ein Gecko: Dieses kleine, 50 solange bis 100 Gramm schwere Reptil läuft vollkommen glatte Wände hinauf und hinunter. Es kann kopfüber an jener Wand hängen und sich hiermit nur mit einem Zeh an jener Scheibe des Terrariums festhalten. Diese unglaubliche Klebekraft synthetisieren Milliarden von Nanohärchen unter seinen Füßen.Das Stuttgarter Max-Planck-Institut zum Besten von Metallforschung hat die „Gecko-Hafttechnik“ studiert, chemisch rekonstruiert und zusammensetzen Trockenkleber als Patent angemeldet. Das „Nanoklebeband“ soll in Bälde in Produktion in Betracht kommen: Es klebt hinaus jedem Untergrund sehr straff. Trotzdem ist es leichtgewichtig und ohne Spuren wieder abzulösen und sehr oft verwendbar.

Künstliche

Künstliche Photosynthese:Pflanzen „fangen“ mit dem Blattgrün dies Sonnenlicht ein. Das Licht verwandeln sie durch die Spaltung von Wassermolekülen in den Nährstoff Zucker und speichern dann ebendiese chemische Energie. So produzieren Pflanzenzellen selbst ihre Nahrung: aus Wasser, Kohlenstoffdioxid und Licht. Diesen Prozess nennt man Photosynthese.Die Wissenschaft arbeitet an einem „künstlichen Blatt“, um den Prozess technisch nachzuahmen. Das Ziel: Mit Sonnenlicht und Wasser Energieträger wie Wasserstoff und Biosprit herzustellen. Experimente am Massachusetts Institute of Technology nach sich ziehen gezeigt: Mit einem Katalysator hinaus einem winzigen Solarmodul, irgendetwas Wasser und Sonne kann man Wasser spalten, Wasserstoff und damit Energie erzeugen.

Kameras

Kameras wie Insektenaugen: Insekten nach sich ziehen Facettenaugen, die aus Hunderten einzelner dünner Linsen gegeben, im Zusammenhang Libellen sind es sogar Tausende. Die halbrunden Augen sitzen seitwärts. Jede Linse sieht nur zusammensetzen Ausschnitt – Fliege & Co. können in einer Sekunde solange bis zu 300 Bilder nicht angeschlossen wahrnehmen. Dann setzen sie die Einzelbilder zu einem Bild zusammen.Am Fraunhofer Institut zum Besten von Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena nach sich ziehen Physiker dies Facettenauge nachgebaut und so extrem flache Kameraobjektive (0,2 Millimeter) entwickelt. Pro Digitalkameras reicht die Auflösung jener Mikrolinsen nicht. Doch die künstlichen Facettenaugen sollen sich als Sensoren in Fahrzeugen nützlich zeugen: als unsichtbare Überwachungskameras, die z.B. ein Alarmsignal drücken, wenn jener Fahrer „wegdöst“.

Die

Die Haut jener Haie: Mit Geschwindigkeiten solange bis zu 70 Stundenkilometern in Besitz sein von Haie mit zu den schnellsten Schwimmernder Tierwelt. Dafür sorgen winzige Längsrillen hinaus den Schuppen jener Haut. Sie zusammentragen eine stromlinienförmige Struktur, die sich nahtlos reichlich den Leib des Hais erstreckt und den Strömungswiderstand verringert. Riblet-Folie: Haihaut findet sich als sogenannteRiblet-Folie im See- und Luftverkehr. 2010 beklebte ein findiger Skipper sein Segelboot mit jener Folie – undgewann prompt den renommierten „America’s Cup“Energie-Tipp

Blütenrein:

Blütenrein: Nicht umsonst gilt die Lotusblume in Asien als Symbol jener Reinheit:Mikroskopisch kleine Hügel hinaus ihren Blättern verhindern, dass Wasser kleben bleibt. DieTropfen perlen ab und ziehen jeglichen Schmutz mit sich. Lotuseffekt: Der deutsche BotanikerWilhelm Barthlott entdeckte den Lotuseffekt in den 70er-Jahren. Nach langer Forschunggelang es ihm, dies Prinzip hinaus Alltagsgegenstände wieWaschbecken oder Fensterglasanzuwenden – die selbstreinigendeOberfläche war unecht.Energie-Tipp

Auf

Auf Adlers Schwingen:Im Gleitflug spreizen Greifvögel die Enden ihrer Flügelauseinander. Dadurch verkleinern sie die kleinenRandwirbel am Flügelende und verringern so denLuftwiderstand.Winglets: Nicht nur im Zusammenhang Greifvögeln, zweitrangig im Zusammenhang Fliegernfinden wir die aufgestellten Flügelchen (englisch:winglets). Sie sorgen je nachher Flugzeugtyp füreinen stabileren Flug und zum Besten von solange bis zu fünf Prozentgeringeren Kerosinverbrauch.Energie-Tipp